[发明专利]一种颗粒增强铝基复合材料搅拌铸造制备装置及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料搅拌铸造制备装置，尤其涉及一种颗粒增强铝基复合材料搅拌铸造制备装置及制备方法。 

背景技术

颗粒增强铝基复合材料(Particulate-reinforced Aluminum Matrix Composites，简称PAMCs)因成本低廉、制备简单、材料各向同性好，可通过控制所添加的增强颗粒种类、含量等而实现不同性能，近年来得到了较快的发展。目前，PAMCs主要用于陆地交通、电子封装、航空航天及基础建设等领域。 

颗粒增强铝基复合材料的制备方法主要有粉末冶金法、搅拌铸造法、喷射沉积法、真空压力浸渗法等。其中搅拌铸造法由于具有工艺简单、设备投资少、生产成本低、适应性广、可大规模生产等优点，而受到研究者的高度关注，并有着一些实际应用的报道。但搅拌铸造法制备颗粒增强铝基复合材料尚未得到规模化应用，高质量、高效率、自动化的制备装置缺乏是重要原因之一。 

根据文献搅拌铸造SiCp/2024铝基复合材料的显微组织与力学性能(中国有色金属学报)和Effects of reinforcement distribution on low and high temperature tensile properties of Al356/SiCp cast composites produced by a novel reinforcement dispersion technique(Materials Science and Engineering A)可知，现行的颗粒增强铝基复合材料搅拌铸造制备，主要采用漏斗法将增强颗粒添加 到基体合金熔体中，存在如下不足： 

1)采用漏斗法无法实现增强颗粒的连续定量加入，使得复合材料熔体制备过程稳定性较低，导致颗粒在熔体中分布不均匀，降低了复合材料的性能； 

2)在大气环境下制备复合材料熔体，利用高速旋转的搅拌器搅动熔体形成漩涡吸入增强颗粒，易卷入大量气体，增加复合材料熔体的气体含量，而气体容易吸附颗粒聚集，导致颗粒分布不均；同时长时间暴露在大气环境下，熔体表面易氧化，使得复合材料中氧化膜含量增加，降低复合材料的质量和性能； 

3)在制备过程中搅拌操作、输送和添加颗粒等通过人工实现且缺少联动，制备效率和稳定性低。 

因此，迫切需要研制出一种颗粒输送速度可控、可气体保护、高效自动化的颗粒增强铝基复合材料搅拌铸造制备装置。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有颗粒增强铝基复合材料搅拌铸造制备装置的不足，提供一种颗粒增强铝基复合材料搅拌铸造制备装置及制备方法；实现增强颗粒定量连续自动化供给和气体保护。 

本发明通过下述技术方案实现： 

一种颗粒增强铝基复合材料搅拌铸造制备装置，该装置包括升降机构1、电阻炉2、固定柱3、承重机构4、搅拌装置6、颗粒输送装置7炉盖9、进料口10、进气管11、石墨坩埚12、不锈钢坩埚13； 

不锈钢坩埚13置于电阻炉2内；石墨坩埚12置于不锈钢坩埚13与电阻炉2的炉盖9形成的密闭空间内，惰性气体由进气管11进入，从搅拌装置6的搅拌杆与盖板5之间的间隙流出；承重机构4固定在电阻炉2的外侧壁； 搅拌装置6安装在承重机构4上，承重机构4活动安装在电阻炉2一侧的升降机构1上；颗粒输送装置7安装在电阻炉2的顶部一侧；搅拌装置6的搅拌叶片通过搅拌杆伸入石墨坩埚12内部； 

所述搅拌装置6搅拌杆的端部安装有搅拌叶片，搅拌叶片通过搅拌杆伸入石墨坩埚12内部。 

所述颗粒输送装置7包括支架7-1，出料口7-2，轴承7-3，转子7-4，转动门机构7-5，料仓7-6，固定板7-7，连接头7-8，电动机7-9； 

出料口7-2置于石墨坩埚12的上方；固定板7-7和转动门机构7-5安装在支架7-1上，电动机7-9安装在固定板上，电动机7-9的转子7-4通过轴承7-3和连接头7-8分别与转动门机构7-5连接，料仓7-6安装在转动门机构7-5上部。 

在不锈钢坩埚13的内底部、石墨坩埚12的下方设有用于支撑石墨坩埚12的耐火砖14。 

炉盖9上安装有用于盖住搅拌杆的伸入口的盖板5。 

炉盖9上开有用于观察石墨坩埚12内部的观察窗8。 

采用上述装置制备颗粒增强铝基复合材料的方法如下： 

步骤一：加入铝合金并升温熔化；用商用固体精炼剂在710℃的温度下在石墨坩埚12内精炼除气、除渣；将精炼后的铝合金熔体降温至640℃并保温；